第3章 第1節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì)

第3章基因的本質(zhì)基因在染色體上染色體DNA蛋白質(zhì)基因是什么？DNA或蛋白質(zhì)？幾多實驗，幾多論爭。是誰將謎底揭破？DNA是主要的遺傳物質(zhì)了解1.對遺傳物質(zhì)的早期推測2.實驗技術(shù)在證明DNA是主要遺傳物質(zhì)中的作用理解1.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理和過程2.噬菌體侵染細(xì)菌實驗的原理和過程應(yīng)用1.總結(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的探索過程2.設(shè)計實驗證明RNA也是遺傳物質(zhì)1.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理和過程2.噬菌體侵染細(xì)菌實驗的原理和過程第1節(jié)DNA是主要的遺傳物質(zhì)問題探討：1.你認(rèn)為遺傳物質(zhì)可能具有什么特點？①分子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定②能貯存大量的遺傳信息，并決定生物的性狀③可以復(fù)制，并能傳遞給后代，保持前后代之間的連續(xù)性2.你認(rèn)為證明某一種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)可行方法有哪些？單獨地、直接地來看這種物質(zhì)的作用（決定性狀等）一、對遺傳物質(zhì)的早期推測1.20世紀(jì)20年代：蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)（蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序多種多樣，可能蘊含著遺傳信息）2.20世紀(jì)30年代：科學(xué)家本可以意識到DNA的重要性，（但由于DNA結(jié)構(gòu)不清晰。蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)仍占主導(dǎo)地位）腺嘌呤（A）P脫氧核糖鳥嘌呤（G）P脫氧核糖胸腺嘧啶（T）P脫氧核糖胞嘧啶（C）P脫氧核糖艾弗里二、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗1、肺炎雙球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗（格里菲思）R型細(xì)菌多糖類莢膜S型細(xì)菌光滑粗糙有多糖類的莢膜無多糖類的莢膜有毒性，可致死無毒性S型細(xì)菌R型細(xì)菌菌落菌體毒性R型活細(xì)菌①

R型細(xì)菌無毒性第一組S型活細(xì)菌第二組②S型細(xì)菌有毒性加熱殺死S型細(xì)菌③

加熱殺死的S型細(xì)菌已經(jīng)失活第三組第四組R型活細(xì)菌加熱殺死S型細(xì)菌④加熱殺死的S型細(xì)菌存在能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌的轉(zhuǎn)化因子肺炎雙球菌中含有DNA、蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)，那么，究竟什么是轉(zhuǎn)化因子------遺傳物質(zhì)？2、肺炎雙球菌的體外轉(zhuǎn)化實驗（艾弗里）R型菌S型菌只長R型菌只長R型菌R型菌S型菌DNAS型菌蛋白質(zhì)或莢膜多糖S型菌DNA

+DNA酶R型菌培養(yǎng)基R型菌培養(yǎng)基R型菌培養(yǎng)基R型菌R型菌

S型細(xì)菌多糖脂質(zhì)蛋白質(zhì)RNADNA

DNA+DNA酶

分別與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)RRRRRRSRS結(jié)論：DNA才是轉(zhuǎn)化因子，即遺傳物質(zhì)蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。DNA純度越高轉(zhuǎn)化效率越高DNA純度不夠，是否是0.02%的蛋白質(zhì)在起轉(zhuǎn)化作用呢，如何獲取單獨的DNA或者蛋白質(zhì)進(jìn)行實驗？通過分析肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，請思考下列問題：1．仔細(xì)觀察并分析教材P43圖3－2、P44圖3－3肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗，討論交流下列問題：(1)格里菲思的轉(zhuǎn)化實驗中有無設(shè)計對照實驗？若有，則對照組和實驗組分別是第幾組？怎樣設(shè)計的？提示：有對照設(shè)計。對照組是第一至三組，分別向健康小鼠體內(nèi)注射R型活細(xì)菌、S型活細(xì)菌，加熱殺死的S型細(xì)菌。實驗組是第四組，向健康小鼠體內(nèi)注射R型活細(xì)菌和加熱殺死的S型細(xì)菌混合液。(2)在艾弗里第一組(S型細(xì)菌DNA和R型活細(xì)菌混合培養(yǎng))實驗中，所有R型細(xì)菌全部都轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌嗎？提示：沒有。大多后代是R型細(xì)菌，因轉(zhuǎn)化效率很低，只有少數(shù)R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。(3)艾弗里實驗第三組，設(shè)計了R型細(xì)菌與S型細(xì)菌DNA加DNA酶混合培養(yǎng)，分析設(shè)計該組實驗的目的是什么？提示：DNA酶將DNA水解為脫氧核苷酸，分解后的產(chǎn)物不能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌，說明DNA必須保持完整性，才能完成其功能。同時證明了DNA是遺傳物質(zhì)。(4)從對照實驗設(shè)計角度分析：①艾弗里實驗的單一變量是什么？提示：向R型細(xì)菌培養(yǎng)基中加入從S型細(xì)菌提取的不同物質(zhì)。②將可能作為“轉(zhuǎn)化因子”的各種物質(zhì)，分別進(jìn)行實驗的設(shè)計意圖是什么？提示：進(jìn)行相互對照，可對實驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，得出結(jié)論，同時可避免其他物質(zhì)的干擾。(5)在肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中，能夠證明DNA是遺傳物質(zhì)的最關(guān)鍵的實驗設(shè)計思路是什么？提示：將DNA與蛋白質(zhì)、多糖等其他物質(zhì)分開，單獨地、直接地觀察每種物質(zhì)的作用。2．判斷正誤：(1)格里菲斯和艾弗里分別用不同的方法證明DNA是遺傳物質(zhì)。()(2)艾弗里實驗中DNA＋R型活菌培養(yǎng)基上生存的細(xì)菌都是S型菌。()(3)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。()×××三、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗（1）噬菌體的結(jié)構(gòu)（赫爾希和蔡斯）(噬菌體是細(xì)菌病毒)病毒核酸蛋白質(zhì)（外殼或衣殼）（內(nèi)部）（DNA或RNA）病毒只含有一種核酸（DNA或RNA）（2）病毒的增殖①生活方式：寄生

于活細(xì)胞中（不能用培養(yǎng)基來培養(yǎng)病毒）②增殖過程：吸附注入吸附注入合成合成組裝組裝釋放釋放吸附：噬菌體的尾部吸附在細(xì)菌的表面，以便侵染細(xì)菌注入：噬菌體將自身DNA注入到細(xì)菌體內(nèi)，蛋白質(zhì)外殼留在外面合成：在噬菌體DNA的指導(dǎo)下，以細(xì)菌中原料（AA、核苷酸）合成噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA組裝：合成的蛋白質(zhì)外殼和DNA在細(xì)菌內(nèi)組裝成新的噬菌體釋放：組裝成的新的噬菌體內(nèi)從細(xì)菌體釋放，再侵染其他的細(xì)菌（3）實驗方法：蛋白質(zhì)的組成元素：C、H、O、N、SC、H、O、N、P

（標(biāo)記32P）（標(biāo)記35S）同位素標(biāo)記法①標(biāo)記噬菌體：a.標(biāo)記大腸桿菌（分別用35S和32P標(biāo)記的培養(yǎng)基培養(yǎng)）含35S的培養(yǎng)基+大腸桿菌→含35S的大腸桿菌b.標(biāo)記噬菌體（分別用35S和32P標(biāo)記的大腸桿菌培養(yǎng)噬菌體）含32P的培養(yǎng)基+大腸桿菌→含32P的大腸桿菌含35S的大腸桿菌+噬菌體→含35S的噬菌體含32P的大腸桿菌+噬菌體→含32P的噬菌體DNA的組成元素：被35S標(biāo)記的噬菌體被32P標(biāo)記的噬菌體被35S標(biāo)記的噬菌體與細(xì)菌混合被32P標(biāo)記的噬菌體與細(xì)菌混合噬菌體外殼被侵染的細(xì)菌噬菌體侵染細(xì)菌注入的是DNA放射性的不同，說明了？細(xì)菌裂解后，釋放的噬菌體無35S的蛋白質(zhì)，有32P的DNA，說明了？親代與子代之間有連續(xù)性的物質(zhì)是DNA結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)上清液②噬菌體侵染細(xì)菌：通過分析T2噬菌體侵染細(xì)菌的實驗，請思考：1．仔細(xì)觀察教材P45圖3－6，探討下列有關(guān)問題：(1)實驗中為什么選擇35S和32P這兩種同位素分別對蛋白質(zhì)和DNA進(jìn)行標(biāo)記？能利用14C和15N同位素進(jìn)行標(biāo)記嗎？試說明理由。提示：①因為S僅存在于T2噬菌體的蛋白質(zhì)中，而P主要存在于DNA中，故用35S和32P分別標(biāo)記蛋白質(zhì)和DNA。②不能。因為T2噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA中均含有這兩種元素，無法將DNA和蛋白質(zhì)區(qū)分開。(2)請根據(jù)噬菌體的代謝特點，分析能否直接利用分別含放射性同位素35S和32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體？說明原因。提示：不能。因為病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其體內(nèi)缺少完整的獨立生活的酶系統(tǒng)，專營活細(xì)胞內(nèi)寄生生活，病毒在普通培養(yǎng)基上無法生存。(3)在T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗中需經(jīng)過短時間保溫后，再攪拌、離心、檢測放射性。分析控制短時間的原因是什么？提示：短時間，防止已被T2噬菌體侵染的大腸桿菌裂解釋放出子代噬菌體、干擾實驗結(jié)果。(4)噬菌體侵染大腸桿菌實驗，除證明DNA是遺傳物質(zhì)外，還能得出哪些結(jié)論？提示：本實驗還能間接證明DNA是遺傳物質(zhì)的兩個特點：

①DNA使前后代保持一定的連續(xù)性(即DNA復(fù)制)。②DNA能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，從而控制生物的新陳代謝過程和性狀。思考(1)僅用32P標(biāo)記噬菌體的DNA，侵染細(xì)菌后攪拌離心，實驗結(jié)果為離心管下層放射性較強(qiáng)，說明噬菌體的DNA已經(jīng)進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)了。而上層的上清液中也有較弱的放射性，應(yīng)該怎么解釋？(2)僅用35S標(biāo)記噬菌體外殼，侵染細(xì)菌后攪拌離心，實驗結(jié)果為離心管上層放射性較強(qiáng)，說明噬菌體的蛋白質(zhì)外殼沒有進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)。而下層沉淀物中也有較弱放射性，應(yīng)該如何解釋？①保溫時間過短，有一部分噬菌體還沒有侵染到大腸

桿菌細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)離心后分布于上清液中，上清液中出現(xiàn)放射性。②噬菌體和大腸桿菌混合培養(yǎng)到用離心機(jī)分離，這一段保溫時間過長，噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖后釋放子代，經(jīng)離心后分布于上清液，也會使上清液中出現(xiàn)放射性。③T2噬菌體的化學(xué)成分中，99%的磷元素存在于DNA分子中，可能是另外1%的磷使上清液顯示出很弱的放射性。由于攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體吸附在細(xì)菌表面，隨細(xì)菌離心到沉淀物中。2．判斷正誤：(1)用32P標(biāo)記的T2噬菌體侵染大腸桿菌，若實驗中攪拌不充分，會造成上清液中有很高的放射性。()(2)噬菌體侵入大腸桿菌后，進(jìn)行DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成的原料來自自身攜帶的物質(zhì)。()(3)用含32P的普通培養(yǎng)基培養(yǎng)T2噬菌體，可標(biāo)記噬菌體的DNA。()×××與肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的比較相同點①均使DNA和蛋白質(zhì)分開，單獨處理，觀察它

們各自的作用②都遵循了對照原則③都能證明DNA是遺傳物質(zhì)，但不能證明

DNA是主要的遺傳物質(zhì)不同點方法不同艾弗里實驗直接分離：分離S型細(xì)菌的DNA、多糖、蛋白質(zhì)等，分別與R型菌混合培養(yǎng)噬菌體侵染細(xì)菌實驗同位素標(biāo)記法：分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)的特殊元素(32P和35S)，侵染時自然分離

[練一練]

1.有人試圖通過實驗來了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些過程，設(shè)計實驗如圖：一段時間后，檢測子代H5N1病毒的放射性及S、P，表中對結(jié)果的預(yù)測最可能發(fā)生的是(

)選項放射性SPA全部無全部32S全部31PB全部有全部35S多數(shù)32P，少數(shù)31PC少數(shù)有全部32S少數(shù)32P，多數(shù)31PD全部有全部35S少數(shù)32P，多數(shù)31P答案D煙草花葉病毒感染煙葉的實驗RNA蛋白質(zhì)感染不感染RNA是遺傳物質(zhì)，四、RNA是遺傳物質(zhì)（少數(shù)RNA病毒：TMV，HIV，SARS病毒、流感病毒）